Влияние мелководья на управляемость

Мелководье оказывает существенное влияние на маневренные характеристики судна: при неизменной мощности главного двигателя скорость уменьшается, диаметр циркуляции и тормозной путь увеличиваются, посадка изменяется, проседание корпуса возрастает.

Влияние мелководья начинает проявляться при глубине (в м), определяемой по формуле Павленко:

,

где Т—средняя осадка неподвижного судна, м;

V—скорость судна, м/с;

g — ускорение свободного падения, м/с².

Наиболее ощутимо мелководье сказывается при отношении (Н/Т) 2. Поэтому плавание на таких глубинах осуществляют с повышенной осторожностью. Особенно тщательно следует учитывать проседание судна во время движения, увеличение осадки при крене, уменьшение проходной глубины от качки на волнении. Рекомендации сохранять запас глубины под килем при мягких грунтах не менее 0,3м, при плотных — не менее 0,4 м могут быть приемлемы только на хорошо обследованных подходных каналах и фарватерах и при условии, что скорость будет уменьшена насколько возможно, а маневрирование для расхождения с другими судами сведено к минимуму.

Степень влияния мелководья зависит от скорости судна V, выраженной в относительном ее значении в виде числа Фруда, рассчитываемого по глубине:

.

При Fr_н<0,3 влияние мелководья на скорость хода и проседание корпуса практически несущественно при любых значениях Н/Т. Однако трудности, связанные с управлением судном на таких скоростях, далеко не всегда позволяют двигаться на мелководье, не превышая при этом значение 0,3 числа Фруда.

Волнообразование, изменение посадки и другие явления на мелководье резко возрастают при Fr_н 0,8. Они достигают максимальных значений при Fr_н=1, т. е. при наступлении так называемой «критической» скорости:

.

Угол раствора волн, образуемых судном, постепенно увеличивается и с наступлением «критической» скорости составляет 90° по отношению к ДП судна.

Обычные водоизмещающие суда эксплуатируют в докритической зоне; их скорость не должна приближаться к критической. Попытки увеличить скорость за счет небольшого резерва мощности главного двигателя положительного эффекта при приближении к Vкр не дают и приводят лишь к избыточному расходу топлива, увеличению проседания и ухудшению устойчивости на курсе.

Потерю скорости (в %) на мелководье при плавании в зоне докритических скоростей можно приближенно рассчитать по эмпирической формуле Демина:

,

где Н — глубина, м;

Т—средняя осадка, м;

g -— ускорение свободного падения, м/с².

Значение ДУ должно получаться со знаком «минус», если же получается положительное значение, то потерю скорости считают равной нулю.

Мелководье существенно влияет на маневренные характеристики судов. Радиус циркуляции с уменьшением глубины возрастает, и при примерно на 30% больше, чем на глубокой воде.

Несмотря на повышение гидродинамического сопротивления движению на мелководье, рост присоединенных масс воды увеличивает силы инерции судна. Поэтому на мелководье тормозные пути судна как при пассивном, так и при активном торможении увеличиваются. Этому способствует также ухудшение пропульсивных качеств гребного винта при работе на задний ход в условиях мелководья.

При движении судна в районе малых глубин с неровным рельефом дна вытесняемая носовой частью вода встречает препятствие со стороны повышенного участка. Носовая волна со стороны отмели становится выше и увеличивает воздействие на нос в сторону, противоположную отмели. В результате возникает явление «отталкивания» носовой части от отмели. В районе кормы возникает «притягивание» судна в сторону более мелководного участка. Такое действие сил обусловлено уменьшением поступления потока воды к гребному винту со стороны отмели и образовавшимся падением давления перед винтом с этого борта.

При работе винта на задний ход разрежение между кормой и отмелью исчезает, силы «притягивания» кормы не действуют. Эффективность работы руля также сводится к нулю. Если в это время судно ещё сохраняет достаточный ход вперёд, то под действием боковых сил винта нос начинает отклонятся вправо.

Однако при маневрировании в мелководных районах, когда у судна очень малый ход вперед или же движение вперед вообще отсутствует, влияние гидродинамических сил может иметь преобладающее значение. Если участок отмели находится с левого борта, поток воды от ВФШ правого шага создает между отмелью и корпусом повышенное давление, что вызывает уклонение кормы вправо вопреки обычной тенденции уклоняться влево.

Все перечисленные обстоятельства осложняют маневрирование судов в районах с малыми глубинами, и если их не учитывать, то судно может оказаться в затруднительном положении.

Проседание на мелководье.

При движении судна вокруг него образуется гидродинамическое поле с разными значениями давления в отдельных его частях. Понижение давления под днищем вызывает проседание судна, что создает угрозу касания грунта.

Метод Рёмиша позволяет с достаточной для практики точностью определить проседание судов при плавании на мелководье и в каналах. Он учитывает основные параметры судна и может быть применен для судов разных типов и размеров.

Увеличение осадки (в м) на мелководье отдельно для носа и кормы рассчитывается по формуле:

,

где Н—глубина воды, м;

Т—осадка носа или кормы, м;

Cv — коэффициент, зависящий от скорости хода;

Сδ — коэффициент, зависящий от формы корпуса.

Коэффициент Cv рассчитывается по формуле:

,

где V—скорость судна, м'с;

Vкр'—критическая скорость для мелководья, м/с; получается в данном методе из выражения:

.

Коэффициент Cδ отдельно для носа и кормы определяется по следующим выражениям:

.

Как видно из формулы, при Сδ_н>1 проседание носа больше кормы, а при Сδ_н>1 – больше кормы. Из нее же можно сделать вывод, что у судов с полными обводами и малым отношением L/B (например, у крупнотоннажных танкеров) больше проседает нос, а у судов с острыми образованиями больше проседает корма.

Если n 12, то считается, что плавание происходит в канале, а при n>12—на мелководье.

На основе работ Ремиша С. Деминым составлены диаграммы для определения проседания судов при плавании в каналах и на мелководье. Диаграммы позволяют найти увеличение осадки судна отдельно для носа и кормы.

Диаграмма 1 служит для получения критической скорости Vкр', которая определяется для канала по глубине Н и отношению n, а для мелководья — по глубине Н, отношению L/B и осадке Т носа или кормы (берется осадка той оконечности судна, для которой определяется проседание).

Дополнительные пояснения могут потребоваться при пользовании правой частью диаграммы (мелководье, n>2), в которой применена «направляющая прямая» (НП), изображенная пунктиром. Порядок получения Vкр' на мелководье следующий: от Н (вертикальная ось) по горизонтали вправо до кривой L/B; от L/B по вертикали (вверх или вниз) до НП; от НП по горизонтали (вправо или влево) до отрезка прямой, соответствующей Т; от Т вниз до шкалы Vкр'.

Диаграмма 2 служит для определения относительного уменьшения запаса воды под килем T по критической скорости Vкр', действительной скорости судна V и отношению глубины к осадке Н/Т.

Если определяют проседание носовой оконечности, то из диаграммы 3 (выбирают поправочный коэффициент для носа С_В по коэффициенту полноты водоизмещения d и отношению L/В. Проседание в метрах отдельно для кормы и носа рассчитывают по формулам:

.